DE2603336C2 - Verfahren zur vorausschauenden Ermittlung von Fehlerstellen in der Oberfläche eines Körpers, insbesondere einer Walze - Google Patents

Description

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20 oft auch nicht zum gewünschten Erfolg, wenn die Rißwurzel sich zu lief in das Material erstreckt, also ein Abdrehen bis über den kritischen Durchmesser hinaus erfordern würde. Ferner ergibt eine durch periodische Überwachung der Walze oder durch Überwachung des Walzguts ermittelte Fehlerstelle nicht einen Rückschluß auf eine sich noch in der Fertigung befindende Walze, so daß in der Walzenoberfläche entstandene Fehlerstellen in der Regel keinen Hinweis für eine vorausschauende Berücksichtigung im Herstellverfahren der Arbeitswalzen geben. Dadurch ist das Auftreten von Fehlerstellen während des Walzenbetriebs willkürlich und im voraus nicht ohne weiteres vorhersehbar. Zwar werden die Walzen während des Walzbetriebs einem Härtungsvorgang aufgrund der beim Walzen auftretenden Belastungen unterworfen, wobei diese Arbeitshärtung dort am größten ist, wo die Walzen mit den Rändern des auszuwalzenden Bandes in Berührung gelangen. Oftmals resultieren in der Walzenoberfläche auftretende Fehlerstellen aus durch die Arbeitshärtung während des Einsatzes der Walzen auftretenden lokalen Härtespitzen. Auch hierbei ergibt sich aber nur. daß aufgrund von Härtespitzen es lokal zu Oberflächenfehlern in der Walze gekommen ist. ohne daß hierüber eine vorausschau-

che einer Zylinderwalze als Bezugsrichtung eine zur 25 ende Ermittlung von im Betrieb auftretenden Fehlern in

Walzenachse parallele gerade Mantellinie gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Maximalwert der Änderungsrate der Härte 2.5 Einheiten der Shore-Härte pro 25 mm (1 Zoll) beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter f-'aterialabiragung von der Waize für die gebrarchte Walze der vorgegebene Maximalwert auf 3.6 Einhei ;n der Shorc-Häric pro 25 mm (1 Zoll) festgesetzt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

In Walzwerken verwendete Walzen zur Bearbeitung Walzenoberflächcn möglich wäre.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Prüfungsverfahren zu schaffen, welches bereits vorausschauend eine Aussage über das Auftreten von Fehlern, wie etwa Rißbil-

jo dung und Absplitterungen in einer Walzenoberfläche zuläßt, so daß es möglich ist, entsprechend vorbeugende Maßnahmen bereits bei der Walzenherstellung bzw. bei einer Nacharbeitung einer beschädigten Walze vornehmen zu können.

y, Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 enthaltenen Merkmale gelöst, wobei zweckmäßige Ausgestaltungen durch die in den Unteransprüchen enthaltenen Merkmale gekennzeichnet sind.

Zur vorausschauenden Erüiittlung von Fehlerstellen bedient man sich erfindungsgemäß der Änderungsrate der Häric des Körpers längs einer Bezugsrichtung, die im Vergleich mit einem durch die Walze vorgegebenen Maximalwert gesetzt wird, um diejenigen Bereiche zu

von Metallen sind vergleichsweise aufwendig in der

Herstellung, so daß für diese Walzen eine möglichst 45 ermitteln, die eine größere Änderungsrate als die vorge-

lange Betriebsdauer angestrebt wird. Allerdings werden die Walzen im Betrieb erheblichen mechanischen Kräften ausgesetzt, die je nach Werkstoffwahl für die Walze und auftretende Belastungsart nach unterschiedlichen Einsatzzeiten zu Fehlern in der Walzenoberflächc führen können, wie insbesondere Rißbildungen. Absplitterungen u. dgl. Um bei auftretenden Oberfläehenfehlern nicht sofort eine neue Walze einsetzen zu müssen, versucht man, den Verschleiß an der Walzenoberfläche dagebcne maximale Änderungsrate für dieselbe Bezugslänge besitzen, wobei die maximale Änderungsrate das Auftreten von Oberflächenfehlern und die Bedingungen vorgibt, denen der-Körper im Betrieb ausgesetzt ist.

Hierbei ist es nicht die Härtemessung, die üblicherweise zur Bestimmung mechanischer Eigenschaften, wie Zugfestigkeil und Streckgrenze, an metallischen Körpern durch Wirbelslrommeßverfahren vorgenommen wird (vcrgl. DE-OS 20 15 920), welche eine vorausschau-

durch zu kompensieren, indem die Walzenoberfläche 55 ende Ermittlung von Fehlerstellen ermöglicht, sondern durch Materialabtrag infolge Schleifen o. dgl. nachbear- eine Härteändcrung einer beispielsweise eben den Ferbeitet wird. Diese Nachbearbeitung wird hierbei immer tigungsbetricb verlassenden Walze für eine vorgegebedann vorgenommen, wenn durch Begutachtung der nc Bczugsliinge, die in Relation zu einer maximalen AnWalze vorhandene Defekte an der Walzcnoberflächc dcrungsratc, wiederum bezogen auf dieselbe Bezugsfestgestellt oder anhand des gewalzten Materials durch w> länge, gesetzt wird. Der Einfluß dieser Änderungsrate Fehler in der Walzenoberfläche auftretende Murkierun- der den Fcrtigungsbelricb verlassenden Walze auf spägen und sonstige Eindrückungen bemerkt werden. Der lere Fehlerstellen ist aber aus den üblichen Härtemes-Nachteil einer solchen Kontrolle hinsichtlich Oberflächenfehler einer Walze besteht allerdings darin, daß bereits Ausschuß produziert worden ist, bis Defekte in der
Walzenoberfläche festgestellt werden. Auch führt das
Nachbearbeiten der Walzen durch Abdrehen oder Abschleifen zu Stillstandszeiten im Walzgerüst und führt

sungcn zur Ermittlung mechanischer Eigenschaften eines Walzguts (entsprechend DE-OS 20 15 920) nicht bekannt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt F i g. I eine perspektivische Ansicht einer Walzwerks-

ivalze aus Stahi mit schematischer Wiedergabe einer Vorrichtung zum Messen der Oberflächenhärte der Walze,

Fig.2 eine perspektivische Ansicht einer Einzelheit der Vorrichtung nach F i g. 1 in vergrößertem Mußstab,

F i g. 3 ein Diagramm mit einem Härteprofil über die Walzwerkslänge einer Walze,

Fig.4 ein Diagramm mit einem Härteprofil über die Länge einer Walze, ermittelt durch Wirbelstrommeßverfahren vor und während einer mechanischen Bearbeitung durch aufeinanderfolgendes Abtragen von Schichten von der Walzwerksoberfläche, F ι g. 5 ein Diagramm ähnlich dem in F i g. 3 sowie

F i g. 6 ein weiteres Diagramm mit einem Härteprofil über die Länge einer Walze.

Nach F i g. 1 ist eine Walze 10 um ihre Längsachse 12 drehbar auf Ständern 14 gelagert. Ein weiteres Paar von Ständern 16 trägt einen Schlitten 18, der parallel zur Längsachse 12 beweglich ist und auf einer Stange 20 gleitet, die zwischen den Ständern 16 verläuft. Der Antrieb des Schlittens erfolgt über eine Gewindespindel 22, die durch einen Elektromotor 24 über ein Untersetzungsgetriebe 26 angetrieben ist Ein fest am Schlitten 18 befestigter Arm 28 trägt an seinem Ende eine verschiebbar angeordnete Stange 30, die an ihrem Ende ein Lagerpolster 32 trägt und durch eine Feder 34 so vorgespannt ist, daß sich das Lagerpolster auf die Walzenoberfläche anlegt Ferner zeigt F i g. 1 einen Wirbelstromfühler 36, der mit Hilfe einer Einstelleinrichtung 38, die aus F i g. 2 ersichtlich ist, auf dem Ende der Stange 30 angeordnet und so auf der Stange eingestellt ist, daß das Lagerpolster 32 gerade einen ausreichenden Kontakt mit der Walzenoberfläche aufrecht erhält.

Über ein Kabel 40 ist der Fühler 36 mit. einer Wirbelstrommeßeinrichtung 42 verbunden, die mit dem Elektromotor 24 gekoppelt ist, so daß die vom Fühler 36 aufgezeichneten Kurven der Abtastung über die volle Länge der Walze 10 entsprechen. Damit werden die aus den Fig.3 bis 6 ersichtlichen Härteprofile aufgezeichnet.

F i g. 3 zeigt die enge Beziehung, die zwischen der Wirbeistromleitfähigkeit an einer Walze und der Härte einer Walze (Shore-Härte) besteht. Daraus ergibt sich, daß die über die Länge der Walze gemessene Wirbelstromleitfähigkeit unmittelbar für das Härteprofil verwendet werden kann, weil Änderungen der Wirbclstromleitfähigkeit analoge Änderungen der Härte ergeben. Im allgemeinen ist die Übereinstimmung der Kurve für die Wärmeleitfähigkeit mit der Kurve für das Härteprofil in der Größenordnung von etwa 95%.

Versuche haben ergeben, daß für eine kennzeichnende, durch einen Heißwa!zvorgang hergestellte Stahlwalze nahezu keine Möglichkeit für das Auftreten von Oberflächenfehlern vorlag, wenn die Geschwindigkeit der Änderung der Wirbeistromleitfähigkeit pro 2,5 cm (1 Zoll) weniger als 10 oder 11 betragen hat, wobei jedoch ein Wert unter 8 pro 2,5 cm (1 Zoll) vorteilhafter ist. Da sich das Härte- und/oder Wirbelstromprofil einer Walze während ihrer Lebensdauer aufgrund der Arbeitshärtung während des Betriebes ändert, sollten Messungen an einer benutzten Walze in regelmäßigen Abständen und insbesondere dann durchgeführt werden, wenn die Walze nachbearbeitet wird.

Versuche haben gezeigt, daß Walzen mit einer Ändcrungsrjue der Wirbeistromleitfähigkeit von mehr als 15 pro 2,5 Cm (1 Zoll) eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit für das Auftreten vrr- Fehlerstellen besitzen, wohingegen bei Änderungsraten unter 10 eine merklich niedrigere Wahrscheinlichkeit für das Auftreten- von Fehlern in der Walzenoberfläche besteht. Daraus ergibt sich im einzelnen die folgende Kategorie für die Är.derungsrate der Wirbeistromleitfähigkeit:

a) weniger als 5 pro 2.5 cm (1 Zoll). Dies ergibt eine Anzeige dafür, daß die Walze über ihre gesamte Lebensdauer zufriedenstellend arbeitet. Dieser Standard sollte bei neuen Walzen erreicht werden. to b) zwischen 5 und 8 pro 2.5 cm (1 Zoll) ist noch ein guter Standard für neue Walzen, jedoch ein ausgezeichneter Standard für bereits gebrauchte Walzen.

c) Änderungsrate zwischen 8 und 11 pro 2,5 cm ι·; (1 Zoll) ergeben für eine neue Walze einen schlechten Standard, jedoch einen akzeptablen Standard für eine gebrauchte Walze.

d) Änderungsrate zwischen 11 und 14 pro 2.5 cm (1 Zoll) ergibt einen völlig unannehmbaren Standard für eine neue Walze, ist jedoch für eine ge brauchte Walze noch ausreichend, um ein Nacharbeiten durch Abschleifen oder Abdrehen zu bewirken, bis bessere Werte erreicht werden.

e) Änderungsrate über 14 pro 2,5 cm (1 Zoll). Hier ist

die Wahrscheinlichkeit von Oberflächenfehlern so rrroß, daß vor einer weiteren Benutzung der Walze eine Korrekturbehandlung unabdinglich ist.

Folgt auf eine hohe, aber ansonsten noch annehmbare Änderungsrate unmittelbar eine hohe Änderungsrate in der anderen Richtung, so gibt die enge Nachbarschaft auch an, daß eine Nachbearbeitung vorgenommen werden soll.

Bei Änderungsraten in Shore-Härtewerten ist eine

j5 Änderungsrate von weniger als 2,5 Shore pro 2,5 cm (1 Zoll) vorzuziehen, während eine Änderungsrate von 2,5 bis 3,6 Shore pro 2,5 cm (1 Zoll) für sine gebrauchte Walze akzeptierbar ist. Eine Ablesung über 3,6 Shore pro 2.5 cm (1 Zoll) zeigt allerdings an, daß eine Nachbearbcilung erforderlich ist. Es versteht sich, daß diese Werte von der Art der Walze abhängig sind und somit tür eine Walze mit unterschiedlichen durchschnittlichen Shore-Härtcn, sich auch diese Änderungsraten unterscheiden.

Aus F i g. 4 ergibt sich der Einfluß der Arbeitshärten auf den Umfang einer Stahlwalze und es sind die Änderungen ersichtlich, die sich dann ergeben, wenn man durch Nachbearbeitung Oberflächenschichten von der Walze entfernt. Die mit 1 bezeichnete Kurve wurde für einen Walzendurchmesser von 133 cm ermittelt und zeigt zwischen den Punkten A und B die größte Änderungsrate für die Wirbeistromleitfähigkeit. Da die Änderungsrate noch innerhalb des Wertes von 5 pro 2,5 cm liegt, ergibt sich für eine neue Walze ein hervorragendes

Yi Ergebnis und erst recht für eine gebrauchte arheitsgehärtete Walze. Die Prüfersuche mit den Mummern 2, 3 und 4 wurden vorgenommen nach Entfernung von Obcrflächenschichten mit den Dicken 0,9 mm, 1,9 mm und 3,4 mm. Er ergibt sich eine fortschreitende Ände-

Wi rung, wenn der arbeitsgehärtete Teil des Walzenmaterial!, entfernt wird und die Walzenoberfläche auf den Zustand gebracht wird, wie er ursprünglich vorhanden war. Versuch Nr. 5 mit einer abgetragenen Schicht in der Dicke von 4,9 mm ist vergleichbar mit der Kurve mit

b^r> der Nummer 4. .voraus sich ergibt, daß eine weitere Materialcntfcrnung nicht erforderlich ist.

Fig. 5 und 6 beinhalten Bereiche von Oberflächenfehlern, beispielsweise Bereiche, wo es in der Walzen-

oberfläche zu Absplitterungen gekommen ist.

F i g. 5 enthält hierbei eine vollständige Kurve für die Wirbelstromleitfähigkeit, jedoch nur Teilkurven für die Shore-Härte. Die aus der Fig. 5 ersichtliche Absplitterung ist dort aufgetreten, wo die Änderung der Wirbel- ·> Stromleitfähigkeit mehr als 26 pro 2,5 cm (I Zoll) beträgt, wobei die entsprechende Änderung der Shore-Härte in diesem Fall etwa 3,5 pro 2,5 cm (I Zoll) beträgt. Die kritischen Zonen sind hierbei in der Nähe der Walzenenden, wo am häufigsten ein Einreißen und Absplitcern auftritt, so daß eine Härte- und/oder Wirbelstrom-Aufzeichnung, die sich auf die Randteile beschränkt, die erwünschten Informationen liefert.

In der F i g. 6 ist nur eine Kurve aufgezeichnet, welche die Wirbelstromleitfähigkeit angibt. Man erkennt aus \^r> Fig.6, daß zwei Absplitterungen an der übereinstimmenden Stelle bezüglich der Längsachse der Walze aufgetreten sind, an der eine Änderungsrate von 32 pro 2,5 cm (1 Zoll) aufgetreten ist.

Es läßt sich somit mit diesem Prüfverfahren mit einem hohen Grad an Wahrscheinlichkeit die potentielle Stelle ermitteln, wo das Auftreten eines Fehlers zu erwarten ist. Das Auffinden einer solchen potentiellen Fehlerstelle ermöglicht es. geeignete Maßnahmen zu treffen, um eine Reduzierung der Änderungsrate unter den kritisehen Wert, also unter den vorbestimmten Maximalwert zu erreichen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Prüfung möglichen Auftretens von Riß-Absplitterungs- oder ähnlichen Fehlern in der Oberfläche eines Körpers, insbesondere einer Walze, dadurch gekennzeichnet, daß zur vorausschauenden Ermittlung von Fehlerstellen im Bereich der Oberfläche die Änderungsrate der Härte des Körpers längs einer Bezugsrichtung bestimmt und durch Vergleich mit einem vorgegebenen Maximalwert diejenigen Bereiche ermittelt werden, die eine größere Änderungsrate als die vorgegebene maximale Änderungsrate bezogen auf dieselbe Bezugslänge besitzen, die das Auftreten von Oberflächenfehlem und die Bedingungen, denen der Körper im Betrieb ausgesetzt ist, vorgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus ferromagnetischem Material bestehenden Oberfläche die Messung der Härte mittels «nes Wirbelstrommeßgerätes vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch t oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zylindrischen Außenfiä-

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